Il biossido di manganese MnO2 è un solido di colore nero poco solubile in acqua ma solubile negli acidi che viene estratto dalla pirolusite.
L’uso del biossido di manganese risale a 17.000 anni fa nel periodo paleolitico superiore quando gli uomini dell’età della pietra lo usavano come pigmento per le loro pitture rupestri.
Gli egizi e i romani usavano i minerali contenenti manganese nella fabbricazione del vetro per conferirgli sfumature rosa, viola e nere. Nel 1816, un ricercatore tedesco notò che il manganese aumentava la durezza del ferro, senza comprometterne la flessibilità o la forza mentre nel 1868 Georges Leclanché sviluppò la pila con biossido di manganese.
Preparazione del biossido di manganese
Per ottenere il biossido di manganese puro si può far reagire il permanganato di potassio con il solfato di manganese (II) secondo la reazione di comproporzione:
2 KMnO4 + 3 MnSO4 + 2 H2O → 5 MnO2 + K2SO4 + 2 H2SO4
Il biossido di manganese può essere ottenuto anche per ossidazione di un sale di manganese (II) usando un agente ossidante come il perossidisolfato secondo la reazione:
Mn2+ + S2O82- + 2 H2O → MnO2 + 2 SO42- + 4 H+
Un altro metodo consiste nella decomposizione termica del nitrato di manganese (II) secondo la reazione:
Mn(NO3)2 → MnO2 + 2 NO2
o per arrostimento del carbonato di manganese (II) secondo la reazione:
2 MnCO3 + O2 → 2 MnO2 + 2 CO2
Reazioni
Poiché il manganese ha numeri di ossidazione che vanno da -3 a +7 il biossido di manganese in cui il manganese ha numero di ossidazione +4 può sia ridursi che ossidarsi.
Il biossido di manganese può essere ridotto dal coke a manganese metallico secondo la reazione:
MnO2 + 2 C → Mn + 2 CO
Può essere ridotto dall’alluminio a manganese metallico secondo la reazione:
3 MnO2 + 4 Al → 3 Mn + 2 Al2O3
Il biossido di manganese può essere ridotto a solfato di manganese (II) in presenza di acido solforico concentrato a caldo secondo la reazione:
2 MnO2 + 2 H2SO4 → 2 MnSO4 + O2 + 2 H2O
Reagisce con il cloruro di idrogeno venendo ridotto a manganese (II) con ottenimento di cloro gassoso. Tale reazione fu utilizzata per la prima volta per isolare il cloro:
MnO2 + 4 HCl → 2 MnCl2 + Cl2 + 2 H2O
In ambiente basico il biossido di manganese viene ossidato a manganato secondo la reazione:
2 MnO2 + 4 KOH + O2 → 2 K2MnO4 + 2 H2O
Usi
Il diossido di manganese viene usato in molte reazioni come catalizzatore. Esso infatti catalizza la reazione di decomposizione del perossido di idrogeno:
2 H2O2 → 2 H2O + O2
abbassando l’energia di attivazione da 75 kJ/mol a 58 kJ/mol rendendo la reazione 1073 volte più veloce a 20°C.
Un’altra reazione in cui il biossido di manganese agisce da catalizzatore è la decomposizione termica del clorato di potassio:
2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2
Attualmente il biossido di manganese viene utilizzato in prevalenza nella pila Leclanché